提高儲氣庫井固井質量配套技術實踐

趙志民，萬樹永，李德寧，劉曉傳，孫曉華

中國石油大港油田分公司 天津儲氣庫分公司（天津 300280）

驢駒河儲氣庫是大港油田新建的一座枯竭油氣藏改建儲氣庫。受地層承壓能力低、固井封固段長、溫差變化大等不利因素影響，固井質量難以保障。為此，通過采取彈性防氣竄水泥漿體系，應用兩級固井工藝和兩凝水泥漿設計，并對水泥石韌性改造，防止候凝過程中地層流體竄流，滿足了儲氣庫井周期性大吞吐注采氣的運行要求。同時，通過采取配套的固井施工工藝、嚴格的過程管控，不斷完善固井方案，為固井質量的提升提供了有效的技術保障和管理支撐。

1 井眼準備

1.1 確保井身質量

井眼軌跡嚴格執行集團公司井身質量紅線和固井質量“七條紅線”，滿足大港油田QSYDG 1446—2018《鉆井井身質量要求》標準規范，確保造斜段全角變化率最大值不超過6.5°，穩斜段全角變化率不超3°。造斜段、扭方位段井斜角偏差不超設計值4°，穩斜段、降斜段井斜角偏差不超設計值3°，全井段井徑擴大率不超30%，目的層平均井徑擴大率不超15%，避免出現“糖葫蘆”和“大肚子”，確保井眼光滑。

1.2 確保井眼清潔

及時調整鉆井液密度，保證井壁的穩定性，防止井壁坍塌。調整鉆井液性能，保障良好的抑制性、流變性和攜砂能力，有效清除井眼巖屑。同時電測前、下套管前分別雙扶、三扶通井，有效清除巖屑床，保證井眼暢通。另外，還要控制好循環排量和鉆井液黏度，充分利用好固控設備，及時清除有害固相，保證振動篩無砂子返出，確保井眼清潔。

1.3 確保地層承壓

基于平衡壓力固井原則，固井前開展地層承壓試驗，獲取相對準確的地層漏失壓力，為制定固井施工方案及設計水泥漿體系提供參考依據。以平衡壓力固井技術為指導，通過實施承壓堵漏，提高地層承壓能力，然后優化漿柱結構。通過降低隔離液密度、增加隔離液用量、采用雙凝水泥漿技術等降低靜液柱壓力，達到平衡壓力固井的目的，實現防漏防噴，確保固井施工安全［1］。

2 水泥漿體系

優化水泥漿配方，縮短漿體稠化的過渡時間，設計兩凝水泥漿體系，使領漿與尾漿稠化時間差大于120 min，防止候凝過程中地層流體竄流；水泥石韌性改造，滿足儲氣庫井周期大吞吐注采氣運行要求?，F場實施配方如下。

技術套管固井：領漿密度1.9 kg/m3，G級水泥+微硅+BH-LW602S+G33S+BH-P801S+BH-D301L+BH-R102L+BZXP-1+ALF-1；尾漿密度1.9 kg/m3，G級水泥+微硅+G33S+BH-D301L+BH-A401S+BHP801S+BH-R102L+BZXP-1+ALF-1。

尾管固井：尾管固井領漿G級高抗水泥+微硅+防竄材料DRT-1S+增韌材料DRE-1S+石英砂+降失水劑DRF-3S+減阻劑DRS-1S+穩定劑DRK-3S+早強劑DRA-1S+緩凝劑DRH-1L+消泡劑DRX-1L+抑泡劑DRX-2L；尾漿G級高抗水泥+微硅+防竄材料DRT-1S+增韌材料DRE-1S+石英砂+降失水劑DRF-3S+減阻劑DRS-1S+穩定劑DRK-3S+早強劑DRA-1S+緩凝劑DRH-1L+消泡劑DRX-1L+抑泡劑DRX-2L。

生產套管回接固井：G級水泥+微硅+G33S+BH-A401S+BH-P801S+BH-D301L+BH-R102L+BZXP-1+ALF-1。由于第一批實施的河庫4、河庫7兩口井技術套管和生產套管回接固井質量不理想，因此，對水泥漿配方進行了調整，添加了衛輝水泥和增韌材料，水泥漿失水、析水、強度等性能指標進一步控制，保證了后續回接套管質量的提升。另外，沖洗液采用pH值為9的弱堿性前置液，進一步加強套管壁上泥漿固相的沖刷能力，提高套管與井壁的膠結效果。后續井沿用此項技術措施。

3 配套固井技術

3.1 提高套管居中度

技術套管根據井斜分段設計排放配置扶正器，間距11、22、33 m不等。生產套管回接按照間隔11 m配置,回接插頭與節流浮箍之間放兩只扶正器，節流浮箍以上連續5根套管每根安放一只扶正器，上部每兩根安放一個扶正器，井口連續3根套管每根放一只扶正器。尾管自懸掛器以下每根套管安放一只扶正器。由于施工過程中，彈性扶正器發生破損情況，上述配置扶正器代為剛性扶正器。模擬計算顯示，上述扶正器配置設計可保證套管居中度控制在80%以上，為固井質量的提升創造了條件。

3.2 優化環空頂替模式

第一批兩口井的技術套管和生產套管回接固井采用了段塞流頂替，由于低速狀態下沖刷井壁的效果較差，二級固井時受污染的井壁難以實現替凈，影響固井效果。后期實施的井均改為雙泵大排量高速層流頂替后，前置液及水泥漿對井壁的沖刷效果明顯提升，頂替效果也明顯提升，固井質量效果明顯。尾管固井為避免封隔器提前坐封，工具方要求頂替排量控制在3.0 m3/min以內。經模擬及現場實踐，頂替排量在1.9～2.1 m3/min，頂替效率最佳。

3.3 表層套管小排量固井

表層套管尺寸508 mm，采用內插法固井，由于建井初期表層套管固井質量不理想，在注水泥技術措施上進行提高雙車注水泥排量、雙泵循環、三車注水泥等嘗試，最終確定采取單車小排量注水泥技術措施，固井質量得到顯著改善，其中河庫8、河庫5L等部分井合格率達到了100%。

3.4 技術套管分級固井

按照儲氣庫注采井建井標準要求，技術套管要封固整個蓋層，驢駒河儲氣庫井技術套管平均封固段長度在2 600 m。采用分級固井技術可避免一次性返高過高造成漏失的風險，以及上下溫差大導致水泥石難以形成有效強度的問題。分級箍位于技術套管1 500 m處，為了提高水泥候凝過程中對地層的壓穩效果，一、二級固井均采用雙凝水泥漿體系。

3.5 產套管懸掛回接

尾管固井前做好承壓試驗，確保滿足施工要求。下套管前“雙扶”通井，在縮徑或者阻卡井段進行反復劃眼，調整好鉆井液指標性能，大排量循環清砂，確保井眼暢通。采用高質量尾管懸掛器+封隔器、浮箍、套管鞋，確保工具可靠性，下套管前刮壁，保證安全懸掛、坐封。固井前做好流量計校核檢測，泥漿罐液面高度，計量入井流體量和返出量。頂替到位后觀察回水，判斷浮箍可靠性。設計兩凝水泥漿體系防氣竄能力，保證尾漿安全入井后快速凝固，領漿頂替到位后順利反洗。采用批混撬，確保水泥漿的均勻性、連續性。

3.6 嚴控失水和自由水

控制API失水量小于50和零自由水，確保水泥漿性能均勻穩定,有利于保護目的層，避免在套管環空上側形成自由水帶，提高水泥石膠結強度。

3.7 用好前置液和隔離液

大量使用前置隔離液和沖洗液,有效隔離鉆井液和水泥漿,沖刷黏附在井壁上的虛濾餅，同時提高與井壁的紊流接觸時間,以提高頂替效率和膠結質量,降低環空靜液柱壓力,防止地層漏失［2］。

3.8 采用較大排量注水泥漿

注水泥漿時較大的排量可以起到減輕水泥漿在套管內“穿心”產生的摻混現象，較大的頂替排量能使水泥漿產生較大的驅動能量［3］。

4 施工過程管控

4.1 做好施工前期準備

組織鉆井、定向井、泥漿、錄井等相關部門技術負責人，以及施工隊、現場監督等相關人員召開施工準備會，核實各相關方下套管及固井作業前期準備情況、明確施工環節各項技術要求，提示施工風險，做好相關突發預案等，確保施工準備充分［4-6］。

4.2 做實固井方案推演

固井作業施工前組織相關方召開現場協調會，敲定固井方案，做實4個固井方案推演，包括表層套管、技術套管兩級固井、尾管固井和生產套管回接固井。明確各環節負責人，明確施工流程、技術參數，各方技術負責人現場旁站監督、指揮，保障施工運轉有序、銜接順暢［7］。

1）表層套管固井自剩余10根套管時啟動固井方案。首先，確保車輛抵達現場，供水泵連接完畢，地面管線、水泥車管線連接完畢，明確具體責任人，填寫確認單。

其次，啟動施工流程。明確責任人和技術參數，第一步內插頭插入浮箍，單凡爾頂通，單泵循環，檢查井口泥漿返出是否正常；第二步停泵，打開立管出口閘門；第三步水泥車注入沖洗液，計算沖洗液用量；第四步沖洗到量后開始混灰；第五步專人量取水泥車水泥漿密度，確保每張密度表記錄單獨一臺車水泥漿密度；第六步開始注入水泥漿；第七步井口坐崗，觀察液面及返水泥漿情況；第八步量取返出井口水泥漿密度，連續三個點誤差小于設計密度的±0.02為合格；第九步頂替到量后停泵開回水檢查回流；第十步拔插管、檢查密封、起鉆；第十一步候凝。

2）技術套管固井自剩余20根套管時啟動固井方案。首先，確保車輛抵達現場，供水泵接電并運轉正常，地面固井管線連接完好，檢查水泥漿泵運轉正常，相關方查驗分級箍、固井膠塞并留存影響資料，水泥車管線試壓正常，泥漿公司提前上設備，做好鈣離子檢查。

其次，啟動技術套管一級固井流程。第一步計算沖洗液用量，用水泥車注入；第二步計算領漿用量及密度，計算尾漿用量及密度；第三步量取水泥車水泥漿密度，錄井人員用不同密度表分別記錄每臺車密度；第四步水泥漿到量后，關閉水泥頭一側閘門，打開膠塞閥門；第五步替泥漿，計算鉆井液用量及頂替排量；第六步固井雙車泵入頂替液，計算排量，頂替到量后停泵；第七步碰壓，替清水到量后碰壓，計算排量，設計靜壓差，預計碰壓值；第八步碰壓后停泵，開回水檢查回流；第九步確認放空后，繼續注清水打開分級箍，計算分級箍預計打開壓力，觀察高架槽出口返出情況；第十步開泥漿泵循環鉆井液，每分鐘測量振動篩密度，出口發現混漿及時排放，做好泥漿不落地措施；第十一步排放干凈多余水泥漿后，循環調整鉆井液性能和排量，做好二級固井準備。

最后，啟動技術套管二級固井流程。套管頭服務方技術人員在二級固井前到達現場，二級固井前先以計算好的排量循環沖洗井筒，期間調整水泥漿性能，檢查各項設備運轉是否正常，其余步驟與一級固井相同，不再贅述。最終待井口返出水泥漿密度連續三個點與設計誤差小于±0.02為合格，固井結束后組織套管座卡，繼續后續施工［8］。

3）尾管固井自剩余20套管啟動固井方案。首先，下完尾管后測量懸重，確認懸掛器座封，緩慢卸掉管柱內壓力，緩慢上提，通過懸重下降判斷工具脫手。

其次，啟動尾管固井流程。第一步下完套管后，小排量頂通，逐漸加大排量，充分洗井兩周，確保井底無沉沙；第二步調整鉆井液性能，確認固井前鉆井液密度合理值，漏斗黏度數值,N值數值；第三步調整鉆井液性能期間準備固井車輛，連接地面管線，檢查固井用水和固井水泵電路連接；第四步計算尾管座掛后的循環壓力；第五步停泥漿泵，水泥頭裝入鉆桿膠塞，安裝固井水泥頭；第六步泥漿罐坐崗，開立管閘門；第七步開始批混撬混灰，確認設計密度，期間確認隔離液用量、沖洗液用量，注入隔離液；第八步隔離液注入到量后，注入清洗液，確認注入排量；第九步沖洗液到量后，開回水閘門檢查回水，開注水泥一側閘門關閉水泥泵一側閘門；第十步批混撬注水泥，確認領漿量及設計密度，尾漿量及設計密度，注入排量；第十一步水泥漿到量后關閉注水泥一側閘門，打開壓膠塞閥門，搖檔銷；第十二步打開壓膠塞閥門，計算壓塞液用量及排量，打開洗車管線閥門；第十三步壓膠塞到量后，關閉閥門，計算注入頂替液用量及排量；第十四步頂替液到量后，注入膠塞復合液，計算用量、排量、復合壓力；第十五步復合液到量后，啟動泥漿泵，水泥車停泵，替泥漿，計算替泥漿量和排量；第十六步水泥漿到量后，注入碰壓液，停泥漿泵；第十七步確認碰壓后，穩壓3 min，開回水檢查回流，20 min內拆水泥頭，候凝，準備回接固井。

4）回接固井自尾管固井候凝結束后啟動方案。第一步連接最后一根套管，確保下至回接筒以上至少5 m，確保管柱內灌滿，稱重，記錄懸重；第二步嘗試插入回接，不開泵緩慢下放管柱，繼續下放套管并丈量下放距離。密封進入回接筒期間，預計5～10 t過壓，從過壓出現開始丈量，直到回接密封全部插入回接筒（回接密封定位部位至底部引鞋3.018 m），見到明顯的遇阻顯示，在下放懸重基礎上過壓5 t，對比插入的距離與測量的密封長度，確認回接密封全部插入回接筒，做好標記；第三步驗封試壓，接固井管線，固井泵打壓，低壓3.5 MPa穩壓3min,7 MPa穩壓5 min對回接密封試壓；第四步帶壓緩慢上提，將循環孔提到回接筒以上(循環孔至引鞋最底端0.549 m)，壓力降到零后，停止上提，做標記，此次為循環孔提出回接筒位置，繼續上提0.15 m，做標記，此處為固井位置；第五步充分循環清洗井筒兩周以上，調整鉆井液性能，確保固井前密度、黏度、N值處于合理數值，后續步驟與尾管固井順序類似，在此不做贅述。

4.3 做嚴施工后復盤查驗

各階段固井作業結束后，建設方現場召開施工總結會，確認施工過程中隔離液、沖洗液、水泥漿量、施工排量、水泥漿密度等技術參數是否與固井方案推演過程相一致，分析施工各環節存在的不足及原因，根據分析的結果對下步固井方案進行調整，不斷完善方案，使得各工序銜接更加緊湊，確保固井施工質量持續提高［9-10］。

5 實施效果

通過應用彈性水泥漿體系、配套的技術措施、嚴格的過程監管，以及清潔光滑的井眼準備和較高的套管居中度，為提高固井質量提供了良好條件。目前，在已完工的9口井中，表層套管、技術套管、油層套管固井質量均取得較好效果，具體情況分別見表1、表2。

表1 驢駒河儲氣庫表層與技術套管固井質量情況 /%

表2 驢駒河儲氣庫生產套管固井質量情況 /%

6 結論

1）井眼清潔、井壁順滑、套管居中，以及準確掌握地層承壓能力是保障驢駒河儲氣庫新井固井質量優質的前提。特別是尾管固井受工具參數限制，施工排量不能超過3.0 m3/min，對頂替效率影響較大，井眼質量尤為重要。

2）通過采用彈性水泥漿體系，應用兩級固井、批混批注、大排量替漿等工藝，同時嚴控水泥漿失水、自由水等性能指標，確保隔離液有效隔離鉆井液和水泥漿，設計兩凝水泥漿體系防氣竄能力，保證尾漿安全入井后快速凝固，領漿頂替到位后順利反洗，可以保證驢駒河儲氣庫低壓易漏地層的固井質量。

3）周密的施工籌備、有效的施工組織可以保障固井施工過程順暢、銜接有序、有條不紊地執行固井方案，明確責任人，確認技術參數，熟悉操作規程，是確保固井施工質量的有力保障。施工后及時復盤全過程，核實數據，查找不足，及時總結經驗，不斷完善后續方案，是持續提高固井質量的有效方法。